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대한생식의학회지 제23권 제3호 2010년
Insulin-like Growth Factor Systems의 생식기능에서의 역할;자궁편
진주산업대학교 국제축산개발학과;
이철영;,
Roles of the Insulin-like Growth Factor System in the Reproductive Function;Uterine Connection
Lee, Chul-Young;
Department of International Livestock Industry, Chinju National University;
여포와 난포의 성숙, 배란과 착상, 임신의 유지와 태아의 성장 발달, 분만 및 유선발육과 비유 등 일련의 생식현상에서 있어서 성선자극호르몬과 스테로이드 호르몬의 작용이 중추적인 역할을 한다는 사실은 오래 전부터 알려져왔다. 그러나 이러한 일련의 현상에 고전적인 호르몬 외에도 다수의 성장인자가 관여되고 있음이 최근의 연구 결과 밝혀지고 있다. 생식기관에서 성장인자들은 대부분 autocrine/paracrine mode로 작용하여, 성선자극호르몬과 스테로이드 호르몬의 작용을 매개하거나 이들 호르몬 등과 교호적인 작용(synergy)을 한다. 생식기관 내 insulin-like growth factor(IGF) system은 최근 가장 활발히 연구된 분야 중의 하나로 생식현상의 전반에 걸쳐 중요한 역할을 하고 있음이 밝혀졌다. 본 지면에서는 IGF system에 관한 개괄적인 정보를 소개하고 현재까지 보고된 intrauterine IGF system에 관한 연구를 요약하고자 한다. IGF family는 IGF-I과 IGF-II ligands, 두종류의 IGF receptors(수용체), 그리고 지금까지 발견된 6종류의 IGF-binding proteins(IGFBPs)로 이루어져 있다. IGF-I과 IGF-II는 proinsulin과 상동한 구조를 가진 peptide로서 포도당과 아미노산 운반을 자극하는 등 insulin과 유사한 작용을 한다. 이 외에도 IGFs는 세포분열촉진제(mitogens)로서 여러 형태의 세포에 걸쳐 세포증식을 자극하고, 세포의 분화(differentiation)과 세포기능의 발현에 관여한다. IGFs는 간과 주로 messenchymal cells에서 발현되어 endocrine mode는 물론 autocrine/paracrine mode로 거의 모든 조직에 작용한다. IGF 수용체는 두종류가 알려져 있는데 type I IGF receptor는 tyrosine kinase로서 IGF-I과 IGF-II에 공히 high-affinity를 나타내고, 상기한 대부분의 IGFs의 작용을 매개한다. Type II IGF receptor 혹은 IGF-II/mannose-6-phosphate receptor는 두개의 서로 다른 binding sites를 가지고 있는데 IGF-II binding site는 IGF-II에만 high-affinity를 나타낸다. Type II IGF receptor의 주요 역할은 IGF-II를 lysosomal targeting하여 ligand를 파괴하는데 있다. 체액 속의 IGFs는 대부분 IGFBP에 결합되어 있다. IGFBPs는 IGF의 저장/운반체 혹은 IGF 작용을 조절하는 역할을 하는 것으로 알려져 있으나 개개 IGFBP의 역할에 대해서는 지극히 제한된 정보만이 알려져 있다. IGFBPs의 IGF ligands에의 affinity는 IGF receptors의 IGFs에의 affinity보다 크기 때문에 대부분의 in vitro 상황 하에서 IGFBPs는 IGF 작용을 억제한다. IGFBP에 결합되어 있는 IGF가 어떤 기작에 의해 IGFBP로부터 분리되어 IGF receptor에 도달하는지는 알려지지 않고 있으나, 혈액과 조직액에 들어있는 불특정 IGFBP protease activity는 IGF의 방출과정에서 일역을 하는 것으로 믿어지고 있다. 최근 연구보고에 의하면 특정 in vitro 상황 하에서 IGFBP-1, -3, -5 등은 IGF와 무관한 작용도 있다는 증빙이 있어 IGF system의 또 다른 차원을 예고하고 있다. IGF family members의 mRNAs & proteins는 영장류, 설치류 및 가축의 자궁조직과 수태물(conceptus)에서 발현되어 자궁과 태아의 성장 발달에 중요한 역할을 한다. 자궁조직의 IGF system의 발현은 성선호르몬, 국소 생리조절인자 등에 의해 발현시기와 장소의 특이성이 결정되며, 발현된 IGFs와 IGFBPs는 autocrine/paracrine mode로 자궁조직에 작용하기도 하고, 자궁강에 분비되어 수태물의 성장 발달에 관여한다. 착상을 전후하여 수태물에서도 IGF system이 발현되는데 개개 IGF family member의 발현 시기는 모체로부터 유래된 mRNA의 유무, 수태물 자체의 genetic programming, 모체와의 상호작용 등에 의해 결정되고, IGFs의 작용 부위 역시 시간(생리적 상태)과 장소의 특이성이 있다. 이와같이 conceptus IGF system의 발현이 시간적, 공간적으로 조절되고있다는 사실은 IGFs가 수태물의 성장 발달에 일역을 한다는 가설을 간접적으로 지지해 준다. 자궁조직과 수태물에서 발현된 IGFs는 세포의 증식과 분화, 포도당과 아미노산의 운반과 단백질합성, placental lactogen과 prolactin 등과 같은 유선자극호르몬의 생성을 자극하고 스테로이드 호르몬의 합성에도 관여한다. 태아의 성장 발달에 있어서 IGFs의 역할은 embryo의 IGF-I, IGF-II, 혹은 IGF receptor gene을 homologous recombination technique에 의해 파괴(gene targeting)하여을 때의 결과로써 입증되었다. 생쥐의 IGF and/or IGF-II gene 혹은 IGF receptor gene을 파괴했을 때 출생 전후 모두 성장 발달이 지연되며 출생시 무게는 정상치의 30-60% 수준에 머물고, 특히 type I IGF receptor gene 혹은 IGF-I과 IGF-II genes를 모두 파괴했을 경우에는 출생 후 곧 치사한다. 자궁 내의 IGFBPs는 IGF ligands를 자궁 내에 제한시키거나 IGFs의 recepto
It has been known for a long time that gonadotropins and steroid hormones play a pivotal role in a series of reproductive biological phenomena including the maturation of ovarian follicles and oocytes, ovulation and implantation, maintenance of pregnancy and fetal growth & development, parturition and mammary development and lactation. Recent investigations, however, have elucidated that in addition to these classic hormones, multiple growth factors also are involved in these phenomena. Most growth factors in reproductive organs mediate the actions of gonadotropins and steroid hormones or synergize with them in an autocrine/paracrine manner. The insulin-like growth factor(IGF) system, which is one of the most actively investigated areas lately in the reproductive organs, has been found to have important roles in a wide gamut of reproductive phenomena. In the present communication, published literature pertaining to the intrauterine IGF system will be reviewed preceded by general information of the IGF system. The IGF family comprises of IGF-I & IGF-II ligands, two types of IGF receptors and six classes of IGF-binding proteins(IGFBPs) that are known to date. IGF-I and IGF-II peptides, which are structurally homologous to proinsulin, possess the insulin-like activity including the stimulatory effect of glucose and amino acid transport. Besides, IGFs as mitogens stimulate cell division, and also play a role in cellular differentiation and functions in a variety of cell lines. IGFs are expressed mainly in the liver and messenchymal cells, and act on almost all types of tissues in an autocrine/paracrine as well as endocrine mode. There are two types of IGF receptors. Type I IGF receptors, which are tyrosine kinase receptors having high-affinity for IGF-I and IGF-II, mediate almost all the IGF actions that are described above. Type II IGF receptors or IGF-II/mannose-6-phosphate receptors have two distinct binding sites; the IGF-II binding site exhibits a high affinity only for IGF-II. The principal role of the type II IGF receptor is to destroy IGF-II by targeting the ligand to the lysosome. IGFs in biological fluids are mostly bound to IGFBP. IGFBPs, in general, are IGF storage/carrier proteins or modulators of IGF actions; however, as for distinct roles for individual IGFBPs, only limited information is available. IGFBPs inhibit IGF actions under most in vitro situations, seemingly because affinities of IGFBPs for IGFs are greater than those of IGF receptors. How IGF is released from IGFBP to reach IGF receptors is not known; however, various IGFBP protease activities that are present in blood and interstitial fluids are believed to play an important role in the process of IGF release from the IGFBP. According to latest reports, there is evidence that under certain in vitro circumstances, IGFBP-1, -3, -5 have their own biological activities independent of the IGF. This may add another dimension of complexity of the already complicated IGF system. Messenger ribonucleic acids and proteins of the IGF family members are expressed in the uterine tissue and conceptus of the primates, rodents and farm animals to play important roles in growth and development of the uterus and fetus. Expression of the uterine IGF system is regulated by gonadal hormones and local regulatory substances with temporal and spatial specificities. Locally expressed IGFs and IGFBPs act on the uterine tissue in an autocrine/paracrine manner, or are secreted into the uterine lumen to participate in conceptus growth and development. Conceptus also expresses the IGF system beginning from the peri-implantation period. When an IGF family member is expressed in the conceptus, however, is determined by the presence or absence of maternally inherited mRNAs, genetic programming of the conceptus itself and an interaction with the maternal tissue. The site of IGF action also follows temporal (physiological status) and spatial specificities. These facts that expression of the
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